無損傷鑽探鑽頭的製作方法

2023-12-11 10:18:12

專利名稱：無損傷鑽探鑽頭的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種地下勘測及金屬探測的鑽探設備，特別涉及一種能勘測地下金屬管線的 鑽探設備。
背景技術：
伴隨著城市的迅速發展，地下埋藏的各種帶金屬的管線也越來越多，這就給地下勘測造 成很多困難， 一旦在施工過程中損壞了地下管線，對管線所有者和勘測施工方都會帶來較大 損失。由於現有的鑽探設備都不具備地下金屬探測功能，為了避免勘測過程中對地下埋藏的 金屬管線造成損壞，通常的做法是先用探測設備對該區域進行探測，確定地下埋藏金屬管網 的大致方位，避開可能的位置，然後再進行鑽探工作。普通的金屬探測器的探頭直徑較大， 探測距離遠，因此造成定位精度較低。金屬探測器種類繁多，功能各異，有的探測距離較 大，有的能區別不同種類的金屬，目前性能較高的當屬探地雷達，它不僅能探測金屬，還能 探測非金屬固體物，並且可顯示在屏幕上。雖然有多種探測器可選用，但都存在精度較低的 問題普通金屬探測器只能感知地下有無金屬，不能測定準確位置；探地雷達在原理上可以 實現高精度，實際工作中尚存很多困難，如對探測區域一無所知，所布設的探測線難免會出 現偏差，探測過程中就會產生遺漏，同時，對探測數據的處理和解讀，很多情形下都要依賴 操作人員具有的工作經驗來判斷，由此可能產生人為因素影響測量結果，導致測量精確度較 低的情況出現；同時探地雷達還存在設備龐大，受施工現場限制等問題，使用成本較高。由 於不能準確判定金屬管網的實際位置，鑽進過程中難免出事故。

發明內容
本發明的目的是提供一種無損傷鑽探鑽頭，要解決避免在鑽探過程中傷及地下埋藏的金 屬管網的技術問題。
本發明採用如下技術方案這種無損傷鑽探鑽頭，包括鑽機和鑽頭、鑽杆，其特徵在
於
在鑽頭靠底部外徑上沿圓周開有環形探測線圈槽，槽內放置探測線圈，探測線圈蓋環蓋 在槽口上，縫隙處由膠粘連至表面平整；
鑽頭上開有探測電路板槽，探測電路板密封於槽內，蓋板固定在槽口上面，縫隙處由膠 粘連至表面平整，蓋板上留有安放電路控制開關的小孔；
4鑽頭上部沿圓周開有環形報警發射線圈槽，槽內放入報警信號發射線圈，發射線圈蓋環 蓋在槽口上，縫隙處由膠粘連至表面平整；
探測線圈槽、探測電路板槽及報警發射線圈槽由軸向連通槽連通； 探測線圈與報警信號發射線圈分別與探測電路板上的探測電路相連；
在鑽機上安裝報警信號接收線圈，鑽杆從報警信號接收線圈中穿過，報警信號接收線圈 與安裝在鑽機上的報警電路連接。
上述鑽頭可以是鑽頭或是鑽頭與鑽杆之間相接的短接，探測電路板槽和環形報警發射線 圈槽開在鑽頭或短接上。
上述報警電路可與蜂鳴器和警燈連接。
上述探測電路板槽和環形報警發射線圈槽槽內可塗有絕緣膠，探測線圈和報警信號發射 線圈粘在槽內。
上述探測電路板槽內可塗有絕緣膠，探測電路板塗有防水層，探測電路板的底部由絕緣 膠粘合。
上述探測電路由反相器及電容器構成一個電容三點式振蕩器，電容三點式振蕩器與可調 電位器RP連接，電容三點式振蕩器的信號接收端與探測線圈連接，電容三點式振蕩器的信號 輸出端依次與反向放大器、二極體P1整流電路、放大器和二極體P2連接，二極體P2與音頻振 蕩器的信號輸入端連接，音頻振蕩器的輸出端連接報警信號發射線圈，報警信號接收線圈與 報警電路連接。
本發明的工作原理是在一定距離內當鑽頭下方出現金屬物，探測電路將探測線圈檢測 到的信號處理後，通過報警信號發射線圈將報警信號通過鑽杆發送到地上，報警信號接收線 圈接收到信號後傳至報警電路，然後發出聲、光報警信號，讓操作人員提早採取安全措施。 由於鑽具所處的工作環境比較惡劣，轉動、振動、泥漿汙染等，用電纜傳遞信號比較困難， 因此本發明採用無線發射與接收信號的方式。
本發明的有益效果如下
本發明在鑽探設備上安裝一套具有地下金屬探測功能的探測報警裝置，將金屬探測和報 警裝置與鑽探設備合二為一，形成一個有機整體，與普通金屬探測器的區別在於普通金屬 探測器的探頭只能在地上沿著地面進行探測，而本發明的探頭是鑽頭，探測功能與鑽進功能 被組合在一起，成為金屬探測鑽頭，探測過程是在地下隨鑽頭鑽進而同步進行的。
由於鑽具及工作環境的限制，探頭設計也受到限制，本發明的探測距離較普通的金屬探 測器小很多，這對普通的金屬探測器是致命的缺點，在此卻成為本發明的優點。其原因在於探測器會隨著鑽具逐漸延伸，只有接近金屬管網時才會發出報警信號，短距離報警提高 了報警準確度，並提高了探測精度。由此解決了城市地下堪測施工過程中使用單一金屬探測 器(包括探地雷達)精度低的問題，具有較高的實用性。


圖l為探測鑽頭裝配示意圖； 圖2為無損傷鑽探鑽頭的探測原理框圖； 圖3為無損傷鑽探鑽頭在鑽機上的安裝示意圖。 圖4是本發明的電路原理圖。
圖中l-探測線圈、2-探測電路板、3-報警信號發射線圈、4-報警信號接收線圈、5-報 警電路、6-蜂鳴器、7-警燈、8-鑽頭、9-環形探測線圈槽、10-軸向連通槽、11-短接、12-探測電路板槽、13-環形報警發射線圈槽、14-發射線圈蓋環、15-蓋板、16-探測線圈蓋環、 17-鑽機、18-鑽杆、19-小孔。
具體實施例方式
參見圖l，圖2所示，無損傷鑽探鑽頭分為兩個部分a.鑽具上的探測線圈l、探測電路 板2、報警信號發射線圈3; b.地面上的報警信號接收線圈4、報警電路5、蜂鳴器6、警燈7。
參見圖1所示，鑽頭8與短接11連接在一起，鑽頭8上靠底部位置上開有環形探測線圈槽 9，槽內放置探測線圈l;短接11上開有探測電路板槽12，探測電路板2置於槽內；蓋板15固 定在槽口上面，縫隙處由膠粘連至表面平整，蓋板15上留有安放電路控制開關的小孔19;
短接11的上部開有環形報警發射線圈槽13，用於放置報警發射線圈3;探測線圈槽9、探 測電路板槽12及報警發射線圈槽13由軸向連通槽10連通，使線圈與電路連接。
參見圖3所示，報警信號接收線圈4安裝於鑽機17之上，而鑽杆18從報警信號接收線圈4 的中心穿過，報警信號發射線圈3發出的信號通過鑽杆14發送到報警信號接收線圈4;報警電 路5、蜂鳴器6及警燈7安置於鑽機上，其位置以有利於操作人員接收報警信號為佳。
本發明的安裝方法如下
1、鑽頭的加工與安裝
鑽頭有多種類型，每種類型還有不同的口徑；在具體實施過程中，如果選用普通的市售 鑽頭，這些鑽頭通常其長度較短，壁厚較薄，很難在上面安裝探測電路板，因此可以按圖l 所示的方式來加工與安裝選擇與鑽頭8相配套的口徑加工一短接11，短接ll中心開通孔， 使鑽井液能夠流通，短接ll的壁厚一般在25mm以內；短接11通過螺紋與鑽頭8連接，使其成 為一個整體，然後在鑽頭8上靠底部位置上開環形探測線圈槽9，在短接ll上開探測電路板槽12及報警信號發射線圈槽13，在軸向上開一細連通槽10將環形探測線圈槽9、探測電路板槽 12、環形報警發射線圈槽13連通，所開槽的尺寸由對應的鑽頭口徑及探測電路板決定。在所 加工的槽內塗上絕緣膠，將漆包線按設計圈數纏入環形探測線圈槽9及報警信號發射線圈槽 13，分別構成探測線圈1和報警信號發射線圈3，然後在其上塗布絕緣膠，把發射線圈蓋環 14及探測線圈蓋環16放入對應位置，與膠粘連後表面平整。將探測線圈l和報警信號發射線 圈3的線頭焊接在探測電路板2的相應接點上，然後將電路板作防水處理，放入探測電路板槽 12，使其與底部的絕緣膠粘合，再將蓋板15固定在上面。當需要使用時，通過蓋板15上的小 孔19將電路控制開關按下，探測電路開始啟動；把探測鑽頭與鑽具連接起來就可進行工作。 如果生產鑽頭時選用的鑽頭長度大、壁厚，滿足探測鑽頭的要求，則不必再加工短接 11，可直接在鑽頭上加工探測線圈槽9、探測電路板槽12及環形報警發射線圈槽13。
2、 探測電路板
由於鑽頭尺寸的限制，安放電路板的空間很有限，因此電路以簡單實用為原則，同樣參 數的元器件選用體積較小者，電路板選用厚度較薄的柔性板，這樣有利於電路板縮小所佔用 的空間，使較小口徑的鑽頭也能加工成帶探測功能的鑽頭。
電路的工作原理參見圖4，採用元器件較少的CMOS六反相器構成的探測電路。探測線圈 1採用一隻高Q值的電感L1，它與反相器及電容器構成了一個電容三點式振蕩器。調節電位器 RP可使電路處在剛剛起振的狀態下，微弱的振蕩信號通過由反相器和電阻組成的反向放大器 進行放大，再由二極體P1進行整流，整流後的信號再由放大器進行放大，最後通過二極體 P2去控制音頻振蕩器的工作狀態。
鑽頭底部的電感L1在沒有接近金屬物體時，電路正常起振。振蕩信號控制音頻振蕩器停 止工作，此時報警信號發射線圈3沒有信號輸出。當鑽頭接近金屬物體時(電感線圈的軸向方 向)，電感L1的Q值下降，電路停振。沒有信號去抑制音頻振蕩器，因此音頻振蕩器開始工作 ，音頻信號由報警信號發射線圈3通過鑽杆發射到地面。使用時，接通電源後，仔細調整電 位器RP使報警電路的蜂鳴器剛剛不響，或警燈剛好不亮，這時靈敏度較高，探測距離較大。 當鑽頭底部的電感L1在接近了金屬物體時，報警電路的蜂鳴器響起，或警燈亮起，完成探測 報警。
3、 報警部分報警信號接收線圈4安裝在位於鑽杆軸線的鑽機上，即鑽杆從報警信號接 收線圈4中穿過，其位置以不妨礙鑽機工作為宜。通過鑽杆傳遞報警信號，可以使用較為簡 單的發射與接收電路，這對空間極為有限的探測鑽頭更加有利；同時接收信號也比較可靠。 報警器選用蜂鳴器6、警燈7等較常用的裝置，將其安裝在操作人員易看到和聽到的位置。
權利要求
權利要求1一種無損傷鑽探鑽頭，包括鑽機(17)和鑽頭(8)、鑽杆(18)，其特徵在於所述鑽頭(8)靠底部外徑上沿圓周開有環形探測線圈槽(9)，槽內放置探測線圈(1)，探測線圈蓋環(16)蓋在槽口上，縫隙處由膠粘連至表面平整；鑽頭(8)上開有探測電路板槽(12)，探測電路板(12)密封於槽內，蓋板(15)固定在槽口上面，縫隙處由膠粘連至表面平整，蓋板(15)上留有安放電路控制開關的小孔(19)；鑽頭(8)的上部沿圓周開有環形報警發射線圈槽(13)，槽內放入報警信號發射線圈(3)，發射線圈蓋環(14)蓋在槽口上，縫隙處由膠粘連至表面平整；探測線圈槽(9)、探測電路板槽(12)及報警發射線圈槽(13)由軸向連通槽(10)連通；探測線圈(1)與報警信號發射線圈(3)分別與探測電路板(2)上的探測電路相連；在鑽機(17)上安裝報警信號接收線圈(4)，鑽杆(18)從報警信號接收線圈(4)中穿過，報警信號接收線圈(4)與安裝在鑽機上的報警電路(5)連接。
2.根據權利要求l所述的無損傷鑽探鑽頭，其特徵在於上述鑽頭 (8)是鑽頭或是鑽頭(8)與短接(11)連接成的加長鑽頭，探測電路板槽(12)和環形報 警發射線圈槽(13)開在鑽頭(8)或短接(11)上。
3.根據權利要求l所述的無損傷鑽探鑽頭，其特徵在於上述報警電 路(5)與蜂鳴器(6)和警燈(7)連接。
4.根據權利要求l所述的無損傷鑽探鑽頭，其特徵在於上述探測電 路板槽(12)和環形報警發射線圈槽(13)槽內塗有絕緣膠，探測線圈(1)和報警信號發 射線圈(3)粘在槽內。
5.根據權利要求l所述的無損傷鑽探鑽頭，其特徵在於上述探測電路板槽(12)內塗有絕緣膠，探測電路板(2)塗有防水層，探測電路板(2)的底部由絕緣 膠粘合。
6.根據權利要求l所述的無損傷鑽探鑽頭，其特徵在於上述探測電 路由反相器及電容器構成一個電容三點式振蕩器，電容三點式振蕩器與可調電位器RP連接， 電容三點式振蕩器的信號接收端與探測線圈(1)連接，電容三點式振蕩器的信號輸出端依 次與反向放大器、二極體P1整流電路、放大器和二極體P2連接，二極體P2與音頻振蕩器的信 號輸入端連接，音頻振蕩器的輸出端連接報警信號發射線圈(3)，報警信號接收線圈(4) 與報警電路連接。
全文摘要
一種無損傷鑽探鑽頭，包括鑽機和鑽頭、鑽杆，在鑽頭靠底部外徑上沿圓周開有環形探測線圈槽，槽內放置探測線圈，探測線圈蓋環蓋在槽口上，縫隙處由膠粘連至表面平整；鑽頭上開有探測電路板槽，探測電路板密封於槽內，蓋板固定在槽口上面，縫隙處由膠粘連至表面平整，蓋板上留有安放電路控制開關的小孔；鑽頭上部沿圓周開有環形報警發射線圈槽，槽內放入報警信號發射線圈，發射線圈蓋環蓋在槽口上，縫隙處由膠粘連至表面平整；探測線圈與報警信號發射線圈分別與探測電路相連。可避免在鑽探過程中傷及地下埋藏的金屬管網，並提高了探測精度。
文檔編號E21B12/00GK101509351SQ20091030088
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月16日 優先權日2009年3月16日
發明者方雪松, 李伯倫, 騰延京 申請人:建研地基基礎工程有限責任公司